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向老牌工业国技术输出前,“华龙一号”经历了多少曲折

日前,中国广核集团(以下简称中广核)英国布拉德韦尔B核电项目正式启动厂址适应性阶段地质勘探工作,标志着中国向英国输出第三代核电反应堆“华龙一号”迈出关键性的一步。虽然如今“华龙一号”已经开始向英国这样的老牌工业国进行技术输出,但“华龙一号”在研发过程中有过非常曲折的历程。

向老牌工业国技术输出前,“华龙一号”经历了多少曲折

两个儿子不听话 只好再生一个

我国是世界上少数拥有比较完整核工业体系的国家之一。为推进核能的和平利用,上世纪七十年代,国务院做出了发展核电的决定,经过三十多年的努力,我国核电从无到有,得到了很大的发展。到“十五”结束,我国已有6个核电项目,建成和开工了11台核电机组。通过这些项目,我国形成了基本的核电科研、设计、制造、建设和运营能力,为今后的发展奠定了基础。但与美俄法德日等各核电强国相比,投资少,规模小,产业人才大量流失,仅能维持最低的行业生存需求,基本不具备国际竞争力,不仅与国际先进水平的差距进一步拉大,甚至开始被韩国等新兴核电强国超越。

期间国内也一直在投资研发新堆型。中核集团以秦山二期CNP600为基础开发CNP1000,并希望通过借鉴了各种渠道得到的美国AP600/AP1000的最新技术和理念,开发三代核电反应堆ACP1000。广核集团主要从大亚湾法国M310二代核电反应堆的基础上改进出CPR1000,并希望以此为基础开发三代核电反应堆ACPR1000。由于起点低、投资少和缺乏需求牵引,这些研发工作进展缓慢,且面临一出生即落后的窘境。

世界各国核电装机容量的多少,很大程度上反映了各国经济、工业和科技的综合实力和水平。核电与水电、火电一起构成了世界能源的三大支柱,在世界能源结构中有着重要的地位。

十五期间,中央意识到了核电应在我国未来能源结构中所处的重要地位,以及其对经济、工业和科技的巨大拉动作用,于十五期间确定了大力发展核电的方针。发展核电要考虑核电安全,国务院要求引进当时世界先进的核电技术,并最终确定引进三代技术。之后我国核电技术开始进行国际招标,为即将开展的大批核电站的建设做准备。2004年9月份,“中国第三代核电技术依托项目招标”的标书正式发出。

当时,美国的AP1000、法国的EPR和俄罗斯的核电技术都来投标。美国西屋公司虽然开发了三代核电技术,但美国当时电力需求不足,所以并没有开始建设三代核电站,但AP1000的技术方案已经通过美国核安全部门的严格审核。相对而言,法国EPR没有经过当地核安全部门审核。俄罗斯的三代核电相对准备不足,个别方面还没达到三代标准。那么,应该选哪家的技术呢?

之后评标的过程持续了近两年,这两年还没谈到价格,只是先看哪家公司的技术可行。期间共收到了几百箱投标资料、上百位专家参与,工作组去中南海汇报了几十次。2006年9月,根据温家宝总理的决定,全国核行业的专家进行了大规模封闭会议,根据原核工业部常务副部长陈肇博的回忆,当时邀请了34名专家参加,其中有10名两院院士。在两天时间里,与会者需隔绝所有对外的联系,而且要求现场发言录音,然后把每个人的意见写成书面形式并签字上交。

最后的投票结果显示,20名专家赞成AP1000(这里面很多是院士);10名专家认为两个都可以(其中,有几个选择AP1000优先,也有几个选择EPR优先);只有1人选择EPR;还有一个人弃权,说会议提供的资料不够,不足以做出判断。投票结果上报后,中央政治局常委会研究后拍板:引进AP1000。

之所以会是这样的结果,其中的主要原因是AP1000属于革命性三代堆,EPR只能算渐进型,前者的设计理念与技术先进太多。专家们可能希望通过最先进三代核电技术的引进,力图让核电工业实现类似航空工业引进su27一样的跨越式发展。

2007年10月,国务院正式批准了国家发改委上报的《核电中长期发展规划(2005-2020年)(以下简称《规划》),这标志着我国核电发展进入了新的阶段。《规划》提出:“我国的核电发展指导思想和方针是:统一技术路线,注重安全性和经济性,坚持以我为主,中外合作,通过引进国外先进技术,进行消化、吸收和再创新,实现核电站工程设计、设备制造和工程建设与运营管理的自主化,形成批量建设中国自主品牌大型先进压水堆核电站的综合能力。”从而确立了以后国内核电技术路线统一到AP1000及其国产化型号,进而发展自主品牌的基本方针。

可惜的是,中核和广核都不愿意作为技术引进的主体承担单位。

原因何在呢?因为中核和广核已经为自己的新堆型研发投入了很多资源,如果成为AP1000技术引进主体承担单位,那么之前的投入都将前功尽弃。

最后中央也没办法,于是新成立了一家央企“国家核电技术有限公司”(简称国核技)作为国家重大科技专项“压水堆专项”的承担主体。

“两个儿子都不听话,两边利益都摆不平,只得再生一个儿子来执行国家决策。”回顾那段往事时,著名核专家郁祖盛曾如此形容。

国务院占国核技的60%的股份,中核集团、中国电力投资集团公司、中广核和中国技术进出口总公司分别只占10%的股份,这样既能保证国核技超脱原有两大核电集团的利益,真正按照中央的意图办事,也适当照顾到了两大核电集团的利益,达到了最好的利益平衡,是中国核电业一次重要的体制变革。

而这个新生的国核技有三项任务:

一是通过引进AP1000技术,并实现消化吸收,全面掌握以非能动技术为标志的第三代核电技术。

二是研究开发具有自主知识产权的大型先进压水堆核电技术,建成CAP1400示范工程。

三是形成具有国际先进水平的核电技术研发体系、先进核电试验验证体系、关键设备制造技术体系和先进核电标准体系。

AP1000自主化依托项目不顺利

在以往,引进国外先进技术后将国内尚不成熟的本土技术扼杀在襁褓的例子并不少见。

不过,引进AP1000后,不仅没有对中核和广核的自主研发之路造成太大冲击,反而加速了“华龙一号”的成熟。

这其中的重要原因在于中核与广核作为国核技股东的地位,使他们完全拿到了AP1000的技转资料,并用于发展自己的堆型,以及AP1000过于革命和超前的理念技术导致首堆建设比较曲折,给“华龙一号”发展成熟留下了充足的时间。

因为三里岛事故后的近三十多年,美国没有进行新的核电站建设,作为世界压水堆鼻祖的西屋公司因拿不到新订单导致经费投入不足,设计能力严重下滑,对新理念和新技术应用中所出现问题的解决能力也不足。

AP1000最重要的革命性创新——主泵采用屏蔽泵就是新技术导致新问题的典型。屏蔽泵已大量应用于核航母和核潜艇等军工设施,不但适用极其严格的核技术出口管制,还涉及军控,原来用于制造军用屏蔽电机泵的成熟的材料和工艺当然不能采用。美国的屏蔽泵制造商EMD公司为向中国出口用于AP1000的屏蔽泵,必须绕过美国政府的核技术出口管制清单,开发管制清单上没有的新材料、新工艺等,为此需要进行大量的试验和攻关,自然耗费相当的时间和经费,迄今屏蔽泵的研发过程说明了技术攻关的难度:如屏蔽泵的飞轮原来考虑用贫化铀,由于涉及敏感的核材料,后改用钨合金。

屏蔽泵对于核电反应堆的安全性到底有多关键呢?

目前任何不用屏蔽泵的核电厂,从本质上讲都不能完全抗击福岛那种全厂断电事故。因为轴封泵需要一个高压上充泵提供轴承密封,一旦断电必然产生一个*,一回路带有放射性的水出来,一回路压力边界这道最重要的安全防线立刻不保。而屏蔽泵改动密封为静密封,彻底消除了冷却剂泄漏隐患,大大提高了运行安全性。

同时,为了确保AP1000主泵60年安全可靠运行,西屋和制造商EMD公司制定了极为严格甚至苛刻的设计标准和试验验证标准——无论是在主泵的设计、零部件材料还是制造精度、生产工艺方面,都突破以往的通用标准,提出了最高标准的要求,并要求必须满足包括失水试验在内的各种苛刻的热瞬态试验,堪称世界之最。这些高标准的要求给主泵的研发与制造也带来了各种困难与挑战,主泵之路历尽艰辛与坎坷。

2007年至2015年,经历首台主泵制造、首次工程和耐久试验、产品批量制造、设计修改、第二次工程耐久试验、再次设计修改和针对性验证、第三次工程与耐久性试验、设计修改和验证性试验等多次循环迭代过程,同时,得益于国家核安全监管部门自始至终严格审评和监管,使得AP1000屏蔽式主泵最终完善并固化设计。2016年三门一号机组的4台主泵全部安装成功,2017年通过了热态调试。

向老牌工业国技术输出前,“华龙一号”经历了多少曲折

ACP1000、ACPR1000与“华龙一号”的诞生

虽然当初国家决心以后全国核电站都用AP1000,但AP1000首堆不太顺利,因而也就没有反对中核与广核继续研发ACP1000和ACPR1000。不过,一个国家同时发展ACP1000、ACPR1000、AP1000三种堆型,就国内有限的核电行业资源而言,这么重复建设也太过浪费。于是,国家开始推动ACP1000和ACPR1000两个堆型进行融合,但对中核集团和中广核仅挂出“华龙一号”一块牌子的表面融合方式非常不满,进而强力推进技术融合。

ACP1000和ACPR1000两个堆型融合谈何容易,因为两者从堆芯燃料组件数量开始就不一样,按照谁的改了,另一方都要费很大劲进行后续设计修改。于是在合并过程中,中核和广核又就各自提出的融合技术方案针锋相对。最后的高级专家审评会上,中核集团以14:3的独立专家投票结果大获全胜而让融合工作告一段落。虽然目前华龙还是拥有两个不同的版本,但能做到堆芯统一还是进了一大步。

针对国家对于国内核电建设统一技术路线使用AP1000/CAP1400的基本方针,ACP1000和ACPR1000在发展过程中一直提出只用于出口。但在完成ACP1000和ACPR1000合并之后,为了推销“华龙一号”,中核集团表示:国内没有示范电站的话,巴基斯坦不会采用“华龙一号”,出口会受到直接影响。所以“华龙一号”就以这种非常曲线的方式在福建福清开建了。国内目前共有两个厂址的四台“华龙一号”机组开工,分别位于福建福清和广西防城港。前两台是中核集团方案,后两台是中广核方案。

由此可见,巴基斯坦和英国的“华龙一号”其实是两种堆型。

向老牌工业国技术输出前,“华龙一号”经历了多少曲折

结语

目前,中国已经顺利完成了AP1000的国产化,基于AP1000发展而来的CAP1400更是青出于蓝而胜于蓝。在技术先进性上,以安全性不低于AP1000为基本目标的CAP1400明显优于部分采用AP1000设计理念的“华龙一号”。

不过,“华龙一号”也具有自己的优势。毕竟核电是最保守的行业,任何不经充分证明的新技术都不敢轻易尝试,而AP1000作为革命性堆型,很多新技术是比较有争议的。因而从工程建设的角度,以二代核电反应堆渐进改进而来的“华龙一号”更成熟稳妥一些。加上媒体对之前AP1000首堆建设中问题的渲染,CAP1400也连带受拖累,所以最近“华龙一号”更火一些。

最后,我们由衷祝愿中国核电产业可以接着一带一路的大潮,成为继高铁之后的又一张国家名片,并反哺军用核工业,有力保障国家安全。

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      2017/12/21 19:44:45

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